Nghiên cứu ứng dụng thiết bị “Mud cooler” nhằm tối ưu hóa khả năng làm mát dung dịch khi khoan các giếng dầu khí ở bể Cửu Long

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong phạm vi bài viết, tác giả trình bày tóm tắt một số kết quả nghiên cứu ứng dụng thiết bị làm mát dung dịch trong công tác khoan dầu khí để thi công các giếng đan dày trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao ở bể Cửu Long.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu ứng dụng thiết bị “Mud cooler” nhằm tối ưu hóa khả năng làm mát dung dịch khi khoan các giếng dầu khí ở bể Cửu Long

756 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ “MUD COOLER” NHẰM TỐI ƢU HÓA KHẢ NĂNG LÀM MÁT DUNG DỊCH KHI KHOAN CÁC GIẾNG DẦU KHÍ Ở BỂ CỬU LONG Nguyễn Trần Tuân Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tác giả chịu trách nhiệm: nguyentrantuan1102@gmail.com Tóm tắt Trong phạm vi bài báo, tác giả trình bày tóm tắt một số kết quả nghiên cứu ứng dụng thiết bị làm mát dung dịch trong công tác khoan dầu khí để thi công các giếng đan dày trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao ở bể Cửu Long. Bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thử nghiệm thực tế về sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới tính chất của dung dịch khoan, tác giả đã phân tích đặc tính kỹ thuật từng loại giàn khoan và đề xuất phương án lắp đặt thiết bị “Mud cooler” phù hợp để đảm bảo nhiệt độ của dung dịch giảm tới mức an toàn. Ứng dụng thiết bị làm mát “Mud cooler” đã đem lại những hiệu quả to lớn trong việc thi công các giếng khoan do nhiệt độ của dung dịch được giảm mạnh trước khi hồi về bể chứa. Điều này có ý nghĩa rất lớn, bởi đã góp phần tăng tuổi thọ thiết bị, giảm thời gian khoan, thời gian thuê tàu, thời gian thuê dịch vụ khoan và giảm thiểu chi phí sử dụng chất phụ gia để gia công và phục hồi tính chất của dung dịch khoan; cải thiện điều kiện làm việc cho người thợ khoan. Kết quả nghiên cứu đã áp dụng thử nghiệm thành công tại giếng khoan X-3P-X ở bể Cửu Long. Kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm sẽ là tiền đề mở rộng cho việc thi công các giếng khoan dầu khí có điều kiện nhiệt độ và áp suất tương tự. Từ khóa: dung dịch khoan; giếng khoan; giàn khoan. 1. Mở đầu Hiện nay, mỏ Sư Tử Trắng thuộc bể Cửu Long đang thi công các giếng khoan đan dày nhằm tìm kiếm và nâng cấp trữ lượng dầu và khí. Các giếng khoan đan dày ở mỏ Sư Tử Trắng đều là giếng nhiệt độ và áp suất cao. Trong giếng nhiệt độ và áp suất cao (HPHT), ngay cả dung dịch khoan chịu nhiệt tốt nhất cũng chỉ có giới hạn nhất định. Nếu vượt quá nhiệt độ và áp suất giới hạn, dung dịch khoan bị phá vỡ cấu trúc, mất tính ổn định sẽ làm thay đổi các thông số như giảm độ nhớt, độ thải nước, v.v... dẫn đến các phức tạp và sự cố trong khoan. Kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực tế cho thấy ở nhiệt độ trên 80 oC độ nhớt của hầu hết các loại dung dịch khoan chỉ còn ~ 0,35 cp, điều này ảnh hưởng nghiêm trọng tới cấu trúc của dung dịch (Trần Đình Kiên, 2002), (Trương Biên và nnk. biên dịch, 2007) và gây ra sự mất ổn định thành giếng và các sự cố phức tạp trong khoan, đòi hỏi chi phí nhiều thời gian thi công giếng và chi phí các hóa phẩm để gia công dung dịch, dẫn tới giá thành khoan giếng tăng. Đồng thời, khi nhiệt độ dung dịch khoan tăng quá nhiệt độ cho phép sẽ ảnh hưởng đến khả năng làm việc và tuổi thọ của thiết bị khoan, đến khả năng làm việc của bộ dụng cụ khoan; tới mức độ chính xác của thiết bị đo lường (MWD) và các thiết bị ghi (LWD) trong khi khoan. Chúng cũng có thể dẫn đến sự hao mòn quá mức các chi tiết đàn hồi của các thiết bị đo MWD, LWD; làm hư hỏng vòng bịt kín bằng cao su của thiết bị chống phun (BOP), của máy khuấy, máy ly tâm và máy bơm dung dịch (Trương Biên và nnk. biên dịch, 2007). Ngoài ra, dung dịch khoan quá nóng có thể giải phóng khí và hơi độc từ các hóa phẩm gia công trong dung dịch, gây ô nhiễm và nguy hiểm đến môi trường làm việc của người thợ khoan. Phân tích các tài liệu địa chất và chế độ nhiệt trong các giếng khoan ở bể Cửu Long; tác giả nhận thấy việc sử dụng các phương tiện “Mud cooler” để làm mát hoặc giữ ổn định nhiệt độ cho phép của dung dịch khoan trong hệ tuần hoàn giếng là việc không thể thiếu, có tính cần thiết đáp
. 757 ứng kịp thời yêu cầu sản xuất và giảm thiểu những tác động không tốt của nhiệt độ trong giếng khoan. 2. Nghiên cứu chế độ nhiệt và phân bố nhiệt trong giếng khoan Trong quá trình khoan, dung dịch khoan bị làm nóng bởi nhiều yếu tố kết hợp với nhau như sự kết hợp giữa áp suất, nhiệt độ tự nhiên trong thành hệ giếng với ma sát cơ học do bộ dụng cụ khoan làm việc. Điều này đã làm cho tính lưu biến của dung dịch thay đổi; đặc biệt độ nhớt của dung dịch sẽ giảm xuống dưới mức cho phép bởi khi đó chuyển động phân tử tăng lên (hình 1), cấu trúc của dung dịch có thể bị phá vỡ, lực ma sát nội sẽ bị giảm. Hiện tượng này được giải thích bằng thuyết động học phân tử. y B B F v o y v 1 1 y2 v 2 A A Hình 1. Chuyển động của các lớp chất lỏng. Để dịch chuyển tương đối giữa 2 lớp chất lỏng với nhau cần tác dụng một lực là F1 nào đó, lực này có giá trị bằng lực ma sát nội tỷ lệ thuận với diện tích bề mặt tiếp xúc S của lớp chất lỏng. Mối liên quan giữa lực tác dụng và diện tích tiếp xúc có thể biểu diễn bằng công thức: F1 = fS (1) Trong đó : f - ứng suất trượt (đặt trên 1 đơn vị diện tích); S - diện tích 2 lớp tiếp xúc. Vận tốc chuyển động của các lớp thay đổi theo quy luật tuyến tính, nghĩa là tỷ lệ với khoảng cách từ chúng tới mặt phẳng chuyển động B-B (2) Ứng suất trượt f tỷ lệ với sự biến thiên vận tốc theo hướng của trục tung (y) và phụ thuộc vào (y) theo quy luật tuyến tính. Vì thế ta có thể viết: (3) - hệ số ma sát nội phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng, thay (3) vào (1) ta có: (4) Tổng quát hơn, ứng với sự thay đổi gradien vận tốc trên một chiều dày đủ nhỏ bất kỳ giữa 2 lớp chất lỏng, ta có: (5) Từ đó ta có: (6) Về mặt ý nghĩa vật lý thì hệ số η là lực tiếp tuyến cần thiết để làm dịch chuyển tương đối giữa hai lớp chất lỏng có bề mặt tiếp xúc là 1 đơn vị diện tích, cách nhau 1 đơn vị độ dài với vận tốc là 1 đơn vị vận tốc. Trong quá trình tuần hoàn dung dịch, sự trao đổi nhiệt từ đáy giếng lên bề mặt được diễn ra
758 trong suốt quá trình khoan. Biên độ chênh lệch nhiệt độ giữa đáy giếng và nóc vỉa phụ thuộc chủ yếu vào vận tốc chuyển động của dòng chảy dung dịch trong hệ tuần hoàn giếng khoan (Editions Technip, 2014). Chế độ nhiệt trong suốt chiều dài thân giếng thay đổi hết sức phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Gradien nhiệt độ trong các giếng khoan không giống nhau; giếng khoan càng sâu, nhiệt độ thân giếng càng lớn (hình 2), càng làm thay đổi tính chất lưu biến của dung dịch. Ngày nay, phần mềm máy tính của các Công ty Dịch vụ dung dịch khoan như MI-Swaco, Halliburton Baroid, Scomi,... dễ dàng cung cấp số liệu có tính chất định tính chi tiết về cấu hình nhiệt độ trong giếng khoan; kết hợp với các kết quả thu được từ thiết bị đo MWD trong khi khoan, ta có thể nhận biết chính xác nhiệt độ đáy giếng để đề xuất các giải pháp xử lý phục hồi tính chất dung dịch khoan (Công ty Liên doanh điều hành Cửu Long, 2018). Hình 2. Đường biểu thị nhiệt độ của giếng X-3P-X mỏ Sư Tử Trắng. 3. Khảo sát lắp đặt thiết bị làm mát dung dịch khoan “Mud cooler” và kết quả thử nghiệm tại 3.1. Sơ đồ lắp đặt thiết bị làm mát “Mud cooler” trên giàn khoan giếng X-3P-X Trên cơ sở nghiên cứu nguyên lý làm việc của thiết bị “Mud cooler” và khảo sát thực tế, phân tích đặc thù từng loại giàn khoan và vị trí lắp đặt, tác giả nhận định rằng nếu lắp đặt thiệt bị “Mud cooler” trên giàn tại vị trí không phù hợp thì “nhiệt độ của dung dịch sẽ không giảm tới mức an toàn để thi công”. Hàng loạt các thử nghiệm đã được thực hiện để kiểm tra tính thực tiễn của việc lắp đặt các hệ thống làm mát bằng dung dịch cho thấy: nếu lắp đặt thiết bị làm mát hợp lý, phù hợp với loại giàn khoan sẽ đem lại hiệu quả cao trong việc giảm nhiệt độ giếng, tăng tuổi thọ thiết bị khoan, kiểm soát tốt tính lưu biến dung dịch với ít sử dụng chất phụ gia, sử dụng hiệu quả các thiết bị MWD.
. 761 - Máy bơm ly tâm (Centrifugal Pump) được lắp đặt tại mạn phải của giàn, ngay khu vực sàng rung. - Máy bơm điện chìm (Submersible Pump) dự phòng để cung cấp nước biển làm mát thiết bị Mud Cooler trong trường hợp hệ thống bơm nước biển của giàn khoan bị hư hỏng. 3.2. Kết quả thử nghiệm thiết bị làm mát dung dịch khoan “Mud cooler” tại giếng khoan X-3P-X Giếng khoan X-3P-X thuộc mỏ Sư Tử Trắng của Cửu Long JOC là giếng nhiệt độ, áp suất cao; nhiệt độ đáy giếng lên tới gần 170 oC (hình 1) (Công ty liên doanh điều hành Cửu Long, 2018). Giếng khoan được thiết kế mở cửa sổ từ thân giếng cũ qua ống chống 13 3/8” tại chiều sâu 1686 mMD. Khoan 12 ¼” và chống ống 9 5/8” tới chiều sâu 3500 mMD/3200 mTVD; sau đó khoan thân giếng đường kính 8 ½” và chống ống lửng 7” từ 3400 mMD tới 4298 mMD; đoạn cuối của giếng được khoan đường kính 6” và chống ống lửng 4 ½” từ 4098 mMD tới 4562 mMD. Cấu trúc giếng khoan X-3P-X (hình 6) (Công ty Liên doanh điều hành Cửu Long, 2018). Giếng khoan X-3P-X được thiết kế sử dụng hệ dung dịch khoan gốc dầu (SBM), với tính ức chế sét rất tốt. Nhưng do nhiệt độ trong giếng khoan cao, cấu trúc và tính lưu biến của dung dịch luôn thay đổi làm ảnh hưởng tới sự ổn định thành giếng khoan. Hơn nữa, đây là giếng sử dụng hệ dung dịch khoan gốc dầu cần phải duy trì ở nhiệt độ dưới nhiệt độ tự bốc cháy của bọt dầu để đảm bảo điều kiện an toàn của công tác khoan. Chính vì vậy, Công ty dầu khí Cửu Long đã quyết định sử dụng thử nghiệm hệ thống làm mát dung dịch “Mud cooler” cho giếng X-3P-X. Hình 6: Cấu trúc giếng X-3P-X.
. 763 Với tổng tiết kiệm gần nửa triệu đô la Mỹ (480.000USD) là một con số rất ấn tượng với ứng dụng thiết bị làm mát “Mud cooler” cho giếng khoan nhiệt độ và áp suất cao. Với việc giảm thời gian kéo thả do bộ khoan cụ bị hỏng, sẽ tăng thời gian khoan; giảm các hiện tượng phức tạp do dung dịch khoan gây ra. 4. Kết luận Ứng dụng hiệu quả thiết bị “Mud cooler” đã giảm thiểu chi phí khoan rất lớn bởi các yếu tố: tiết kiệm thời gian khoan, thời gian thuê tàu, thời gian thuê dịch vụ khoan và giảm thiểu chi phí sử dụng chất phụ gia để phục hồi tính chất của dung dịch… Những kết quả nghiên cứu được tác giả trình bày trong bài báo đã thể hiện tính ưu việt và hiệu quả khi ứng dụng thiết bị làm mát dung dịch “Mud cooler” cho giếng nhiệt độ và áp suất cao X-3P-X. Việc ứng dụng hiệu quả thiết bị làm mát dung dịch “Mud cooler” là minh chứng khoa học đầy đủ cho việc áp dụng thi công các giếng khoan nhiệt độ và áp suất cao đan dày ở mỏ khí Sư Tử Trắng của bể Cửu Long. Tài liệu tham khảo Công ty liên doanh điều hành Cửu Long,2018. Chương trình khoan X-3P-X Trần Đình Kiên,2002. Dung dịch khoan và vữa trám, giáo trình trường Đại học Mỏ - Địa chất. Trương biên, Nguyễn Xuân Thảo, Phạm Thành, Trần Bản và nnk. biên dịch, 2007. Cẩm nang kỹ sư công nghệ khoan các giếng sâu NXB KHKT, Hà Nội. Editions Technip, 2014. Drilling Data handbook Research on the application of "mud cooler" device to optimize the cooling efficiency of drilling fluids while drilling oil and gas wells in the Cuu Long basin Nguyen Tran Tuan Hanoi University of Mining and Geology Corresponding author: nguyentrantuan1102@gmail.com Abstract This paper presents some studies on applying the Mud cooler in Oil & Gas drilling in high temperature, high pressure infill wells in Cuu Long reservoir. The author has proposed a method to study the theory of temperature effects on drilling fluid properties, that have been tested practically. The author has remarked on each type of drilling rig and installation location. With these remarks, give the option to install the "Mud cooler" on the rig at the appropriate location and method so that the temperature of the solution will be reduced to a safe level. The effective application of this equipment has greatly assisted drilling process since the fluid temperature has reduced sharply before returning to the mud tank. This has helped cut down expenses significantly by prolonging equipment‟s endurability, saving time for drilling, ship renting, drilling services and minimizing the budget spent on buying the fluid and additives to recover it. Thus, the drilling workers' working conditions have been facilitated. The studies‟ results have been proved scientifically and practically through the successful drilling of well X-3P-X. This will make the way for other local wells and reservoirs with the same conditions of temperature and pressure. Keywords: drilling fluids, wells, rigs.